مکانیسم آسیب DNA توسط اشعه UV UVC Water

پایداری DNA برای عملکرد مناسب همه فرآیندهای سلولی بسیار مهم است. قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش ساختار DNA را تغییر می دهد و بر فرآیندهای فیزیولوژیکی همه سیستم های زنده از باکتری تا انسان تأثیر می گذارد.

اشعه ماوراء بنفش

نور طبیعی خورشید تولید ویتامین D را تحریک می کند که یک ماده مغذی مهم برای تشکیل استخوان های سالم است. با این حال، نور خورشید نیز منبع اصلی اشعه ماوراء بنفش است. افرادی که بیش از حد در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرند در معرض خطر زیادی برای ابتلا به سرطان پوست هستند. سه نوع اشعه UV وجود دارد: UVA، UVB و UVC.

• پرتوهای UVC (100-280 نانومتر) پرانرژی ترین و آسیب رسان ترین پرتوهای سه گانه هستند. خوشبختانه UVC قبل از رسیدن به سطح زمین توسط لایه اوزون جذب می شود.

• اشعه UVA (315-400 نانومتر) کمترین انرژی را دارد و قادر است به عمق پوست نفوذ کند. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت با پیری و چین و چروک پوست مرتبط است. UVA نیز عامل اصلی ملانوم است.

• پرتوهای UVB (280-315 نانومتر) انرژی بالاتری نسبت به اشعه UVA دارند و لایه بیرونی پوست را تحت تأثیر قرار می دهند که منجر به آفتاب سوختگی و برنزه شدن پوست می شود. کارسینوم سلول بازال و کارسینوم سلول سنگفرشی در اثر اشعه UVB ایجاد می شود.

DNA از دو رشته مکمل تشکیل شده است که در یک مارپیچ دوتایی پیچیده شده اند. پیام ارثی از نظر شیمیایی رمزگذاری شده و از چهار نوکلئوتید آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C) تشکیل شده است.

نور UVB به طور مستقیم با پیوند بین نوکلئوتیدهای موجود در DNA تداخل می کند. دو ضایعات اصلی DNA که در اثر قرار گرفتن در معرض UVB ایجاد می‌شوند، دیمرهای سیکلوبوتان پیریمیدین (CPD) و 6-4 پیریمیدین پیریمیدون فوتوفرآورده‌ها (6-4PPs) و ایزومرهای Dewar آن هستند.

CPD ها زمانی تشکیل می شوند که دو باز پیریمیدینی مجاور (تیمین – TT یا سیتوزین – CC) به صورت کووالانسی به هم متصل می شوند و یک ساختار حلقه حلقوی ایجاد می کنند. 6-4PPs از یک پیوند کووالانسی منفرد حاصل می شود که بین انتهای 5' C6 و 3' انتهای C4 پیریمیدین های مجاور تشکیل شده است. این منجر به تشکیل یک واسطه اکستان یا آزتیدین ناپایدار بسته به اینکه پایه انتهایی 3' تیمین یا سیتوزین باشد، می شود.

بازآرایی خود به خودی بعدی این واسطه ها باعث ایجاد 6-4PP می شود. دایمرهای پیریمیدین باعث ایجاد پیچ ​​خوردگی در ستون فقرات DNA می شوند و رونویسی و سنتز پروتئین را متوقف می کنند. 6-4 ترکیب افزایشی پیریمیدین پیریمیدون با قرار گرفتن در معرض فوتون دیگری از نور ناشی از تابش UVB یا UVA به شکل Dewar خود ایزومریزه می شوند. شایع ترین جهش ناشی از UVB، انتقال C به T است. تعویض پایه دوگانه (CC به TT) نیز اتفاق می افتد، البته کمتر.

اشعه UVA (و همچنین UVB) از طریق جذب فوتون توسط کروموفورهای غیر DNA باعث آسیب غیر مستقیم به DNA می شود. این باعث تولید گونه‌های فعال اکسیژن مانند اکسیژن منفرد یا پراکسید هیدروژن می‌شود که بازهای DNA را اکسید می‌کنند و باعث جهش می‌شوند. رایج ترین جهش، انتقال GT است که در آن گوانین به 8-oxo-7،8-dihydroguanine (8-oxoG) اکسید می شود و مانع جفت شدن آن با سیتوزین می شود. در طی فرآیند تکثیر، 8-oxoG با آدنین جفت می شود. هنگامی که رشته دوم سنتز می شود، 8-oxoG با تیمین جایگزین می شود که منجر به انتقال GT می شود.

ترمیم DNA

ضایعات ژنتیکی تولید شده توسط اشعه ماوراء بنفش اغلب به زودی پس از تشکیل، از طریق فرآیندی به نام ترمیم برداشتن نوکلئوتید، ترمیم می شوند. یک آنزیم نوکلئاز بخشی از DNA حاوی ضایعه را شناسایی و حذف می کند. سپس، پلیمراز پایه های صحیح را وارد می کند و لیگاز شکاف را مهر و موم می کند. با این حال، اگر ضایعات ترمیم نشده تجمع پیدا کنند یا مکانیسم ترمیم معیوب باشد، می تواند منجر به مرگ سلولی، جهش زایی و حتی سرطان شود.